分子印迹膜选择性吸附和回收中药提取废水中JA

2022-01-16 10:36肖月张杰唐丽肖兰黄远吴蓉覃江陶王海君齐齐哈尔医学院药学院黑龙江齐齐哈尔161006
化工管理 2021年36期
关键词:狼毒印迹内酯

肖月,张杰,唐丽,肖兰,黄远,吴蓉,覃江陶,王海君(齐齐哈尔医学院药学院,黑龙江 齐齐哈尔 161006)

0 引言

岩大戟内酯A(JA)是松香烷内酯型二萜类化合物,具有抗肿瘤、抗炎、抗病毒等活性受到医药领域的广泛关注和需求[1-2]。但此类化合物在实验中也会对皮肤、口腔及胃肠粘膜产生刺激和致炎等毒性作用。JA主要来源于药用植物的提取,因此在中药提取废水中的残留浓度较高,随之会带来水体等环境的污染[3]。

文章采用狼毒大戟中提取的JA为模板分子,甲基丙烯酸(MAA)为功能单体,乙二醇二甲基丙烯酸酯(EDMA)为交联剂,偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,通过自由基热聚合法成功制备了具有选择性富集、快速回收JA的MIF。对膜的形貌和结构进行了表征,并对膜的吸附性、选择性以及回收率等进行了系统研究。成功应用在中药提取废水里JA的回收,减少了JA对环境的污染。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

KQ-600V超声波清洗仪(昆山超声仪器有限公司)、RE-5ZC旋转蒸发器(巩义予华仪器有限责任公司);DT系列电子天平(常熟意欧仪器仪表有限公司);Bruker Advance 400型超导脉冲傅立叶变换核磁共振仪测定(德国布鲁克公司);Bruker Equinox 55型傅立叶变换红外光谱仪、S-4 300扫描电子显微镜(日本日立公司);Waters-2 535型高效液相色谱仪(美国沃特世公司);5 427R型离心机(德国艾本德公司)。

狼毒大戟(齐齐哈尔医学院药用植物园);乙二醇二甲基丙烯酸酯、偶氮异丁腈、3-(甲基丙烯酰)丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酸(分析纯,萨恩化学技术有限公司);乙酸、乙腈、石油醚、无水甲醇、无水乙醇(分析纯,天津市富宇精细化工有限公司)。

1.2 岩大戟内酯A的提纯与UPLC法的确立

按参考文献的工艺提取、分离、纯化得到JA,1H-NMR、13C-NMR数据与文献报道结果一致,纯度大于98%,符合制备MIF模板分子的要求。按参考文献的色谱条件确立超髙效液相色谱法检测JA,该色谱条件下JA的保留时间为5.58 min。在2~55.00 μg/mL浓度范围内线性关系良好,峰面积随浓度的变化标准曲线为Y = 2 486. 5X+ 708. 43(R2= 0.999 5)。

1.3 分子印迹膜的制备与表征

0.1 mmol JA和0.5 mmol MAA超 声 溶 解 在10 mL氯仿中,置于4℃冰箱中6 h后取出,分别加入2 mmol EDMA和0.1 mmol AIBN,超声混合10 min。充氮排氧15 min后于60℃水浴摇床中预聚12 h。取出冷却后将预聚液涂于两玻璃片之间,排氧后于60℃真空干燥箱中聚合6 h。取出冷却后用去离子水、甲醇清洗膜表面。甲醇/乙酸(9:1,v/v)索氏抽提至洗脱液中无JA,干燥10 h后得MIF。非印迹膜(NIF)的制备时除预聚时不加模板分子JA,其余反应条件均与MIF制备过程相同。红外光谱表征其结构(KBr压片,2 cm-1分辨率下32次连续扫描,波长范围4 000~500 cm-1)。扫描电镜表征其表面形貌。

1.4 吸附实验

将MIF、NIF裁成直径为2 cm的圆片分别浸渍于10 mL的50 μg/mL JA标准溶液中,每5 min取样UPLC检测溶液中JA浓度,计算MIF对JA的吸附量(Qt=V(c0-ct)/Am,c0为JA初始浓度,ct为MIF吸附一定时间后溶液中JA浓度,V为溶液的体积,Am为膜的表面积)。以吸附时间t/ min为横坐标、吸附量Qt/ μg/cm2为纵坐标,做动态吸附曲线。

将直径为2 cm的MIF、NIF分别置于5、10、15、20、25、30、40、50 μg/mL的JA标 准 溶 液 中 30 min。UPLC检测JA的浓度,计算吸附量(Qe=V(c0-ct)/Am,c0为JA初始浓度,ct为MIF吸附一定时间后溶液中JA浓度,V为溶液的体积,Am为膜的表面积)。以溶液浓度c0/ μg/mL为横坐标,各浓度下的饱和吸附量Qe/ μg/cm2为纵坐标,做静态吸附曲线。

1.5 选择性考察

狼毒大戟中提取的其他三种化合物,羽扇豆醇(LA)、没食子酸(GA)、狼毒乙素(ECB)做MIF的特异识别性能考察。分别配置配制5、10、15、20、25、30、40、50 mg·L-1的JA、LA、GA、ECB溶液。室温将直径为2 cm的MIF、NIF分别置于其中2 h,取出后检测吸附量,计算印迹因子(α=Qe,MIF/Qe,NIF)。

1.6 回收率检测

将JA、DP、GA、ECB的混合液作为模拟提取废水,直径为2 cm的MIF置于含有30 μg/mL JA的模拟提取废水中30 min,检测甲醇/乙酸(9:1,v/v)洗脱MIF后洗脱液中JA浓度,计算其回收率(R=cw/c0,c0为JA初始浓度,cw为洗脱一定时间后洗脱液中JA浓度),绘制回收率随洗脱时间的变化曲线。

1.7 中药提取废水中JA的回收实验

实验所用的中药提取废水采集于齐齐哈尔医学院医药科学研究院,水样于常温下以5 000 r /min离心20 min,收集上清液经0.45μm玻璃纤维滤膜过滤后待用。分别将直径为2 cm的MIF和NIF置于10 mL水样中吸附30 min,洗脱60 min进行回收,检测吸附量,计算印迹因子。

2 结果与讨论

2.1 分子印迹膜的表征

2.1.1 膜的形貌

如图1所示。为MIF表面形貌的电子显微镜图片,薄膜表面光滑、无裂痕,呈疏松、多孔结构。

图1 分子印迹膜的SEM照片

2.1.2 膜的红外光谱

如图2所示。为MIF和NIF的红外光谱谱图,2 970 cm-1为膜结构中-C-H不对称伸缩振动峰,1 730 cm-1为C=O特征峰,1 240 cm-1和1 160 cm-1为O=C-O和C-O-C的不对称伸缩振动特征峰。谱图中NIF和MIF具有几乎相同的特征吸收峰,由此也可判定JA己被完全除去。

图2 红外光谱

2.2 分子印迹膜的性质

2.2.1 动态吸附

如图3所示。为MIF、NIF对JA的吸附量随时间变化的动态吸附曲线。MIF对JA的吸附量在0~15 min内显著增加,因为去除模板分子后孔穴中识别位点较多,在15~20 min增加趋势变缓,此时识别位点和孔穴大部分被JA分子占据使得吸附受阻,25 min左右达到吸附平衡。而NIF对JA的吸附量明显低于MIF,60 min左右达到吸附平衡,这是因为在制备NIF时没有加入JA模板分子,NIF结构中没有形成类似MIF的印迹孔穴,仅依靠裸露在NIF表面的功能单体产生非特异性吸附。

图3 动态吸附曲线

2.2.2 静态吸附

如图4所示。为不同初始浓度溶液中MIF、NIF随模板分子JA浓度变化的静态吸附曲线。吸附能力随初始浓度的增加而增加,当JA浓度达到23.6 μg/cm2时吸附达到饱和。

图4 静态吸附曲线

2.2.3 选择性

如图5所示。分别为MIF、NIF对JA及其他三种狼毒大戟提取物的选择性吸附对比图。MIF对JA的识别能力明显高于其他结构,而NIF对几种化合物的吸附无明显差距。经计算四种化合物印迹因子分别为4.5,0.51,1.20,0.90,JA的印迹因子明显优于其他化合物,证明MIF对JA具有吸附选择性。

2.2.4 回收率

MIF在模拟废水中吸附30 min后进行洗脱,对不同洗脱时间的回收率进行考察。如图6所示。30 min内JA的回收率增长快速,随着洗脱时间的增加,洗脱时间为60 min时JA的回收率接近平衡,回收率临界值为82%。

图6 分子印迹膜对JA的回收

2.3 中药提取废水中回收JA的应用

采集中药材狼毒大戟的提取废水,使用MIF对废水中JA进行回收。分别将MIF和NIF在废水样中进行吸附和洗脱来回收JA,分别计算吸附量和印迹因子。在10 mL废水样中MIF对JA的吸附 量为1.36 μg/cm2,NIF对JA的 吸附量 为0.33 μg/cm2,印迹因子为4.07,洗脱液的溶剂减压旋蒸后即可实现JA的选择性回收。

3 结语

以岩大戟内酯A为模板分子,甲基丙烯酸为功能单体,乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂,偶氮二异丁腈为引发剂,通过自由基热聚合法成功制备了可以选择性吸附岩大戟内酯A的分子印迹膜。分子印迹膜对岩大戟内酯A的最大吸附量为23.6 μg/cm2,印迹因子为4.62,回收率临界值为82%,应用于中药材狼毒大戟提取废水中岩大戟内酯A的选择性回收。这种回收技术操作简便、快速,提高了岩大戟内酯A的利用率,减少了水体环境的污染。

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